Влияние внешних условий на рост растений

В природе на рост растений действует комплекс взаимообусловленных факторов, важнейшими из кото­рых являются температура, свет, условия водоснабже­ния и минерального питания, аэрация.

Температура. Одной из основных предпосылок ростовых процессов является достаточное количество тепла. Области кардинальных точек температур для разных растений различны. Они меняются от фазы роста, хода вегетационного периода и времени суток.

Так, рост различных снеговых водорослей начина­ется при отрицательных температурах, минимальная температура для роста растений арктических зон ­около 0 °С, ячменя, пшеницы, ржи - 0-5 °С, кукуру­зы, проса, сои - 5-10 °С, дыни - 15-18 °С.

Температурный максимум также различен у от­дельных представителей растительного мира.

Семена растений умеренных широт про растают луч­ше всего при температуре около 25 °С , горных областей - до 30 °С, тропиков - до 40 °С. Для активного роста побегов растений умеренной зоны наиболее благопри­ятна температура от 15 до 25 °С, а тропиков и субтропи­ков - от 30 до 40 °С. Начало роста побегов у первых может наблюдаться при температуре 3 - 5 °С, вторых ­только при 12-15 °С. Растения высоких широт и гор­ные могут расти при температуре около нуля.

Ежегодный прирост древесных растений в высо­ту, по мнению ряда лесоводов, зависит не только от температуры текущего, но и от температуры лета пре­дыдущего года.

Так, в таежной зоне наиболее тесная зависимость проявляется между длиной верхушечного побега сосны и ели и температурой июля или августа предыдущего года. Именно в этот период закладывается хвоя в поч­ках, а размеры побега будущего года становятся как бы запрограммированными в зависимости от количе­ства хвои в почках. Длина же хвои связана с темпера­турой воздуха текущего летнего сезона.

Сильное влияние на рост леса в Восточной Сиби­ри и некоторых районах Дальнего Востока оказывает вечная мерзлота. На таяние верхнего слоя почвы тра­тится большое количество тепла в ущерб приросту древесины (А.В. Тюрин).

В целом наиболее быстрый рост С₃-растений уме­ренной зоны происходит при температуре 10-30 °С, тогда как тропических злаков с С₄-типом фиксации СО₂ ­при 30-40°С.

Нижний предел для роста корней древесных ра­стений умеренной зоны находится между 2 и 5 °С, по­этому весной корни начинают расти раньше распус­кания почек. Растения тропического и субтропическо­го поясов предъявляют более высокие требования к температуре для роста корней. Так, корни лимона ра­стут только при температуре почвы выше 10 °С.

Температура, необходимая для роста проростков и всходов, обычно выше, чем для прорастания семян. Оптимальной для роста всходов хвойных пород явля­ется температура 20 - 25 °С. Ниже 15 и выше 30 °С их рост замедляется. Для созревания плодов и семян требуется больше тепла, чем для завершения роста побе­гов и корней.

Положительное влияние на рост оказывает чере­дование различной ночной и дневной температуры. Растения умеренной зоны лучше растут, если ночная температура на 5 - 10 °С ниже дневной, тропиков ­на 3 - 5 °С. Есть и исключения: сахарный тростник, зем­ляной орех и некоторые другие растения хорошо рас­тут при равенстве дневной и ночной температур, а се­вероамериканская сосна желтая предпочитает более высокую температуру ночью. Высшие растения в сво­ем абсолютном большинстве адаптировались к темпе­ратурному градиенту, при котором температура кор­необитаемого слоя почвы в течение вегетационного периода днем на 3 - 8 °С ниже температуры воздуха.

Свет. Зависимость роста растений от освеще­ния является довольно сложной. Влияние света на рост проявляется, главным образом, не прямо, а косвенно, через воздействие на процесс фотосинтеза, поставля­ющего строительный материал и энергию. Прямое действие света на рост тормозящее. Проростки, выра­щенные в темноте, имеют сильно вытянутые стебли и недоразвитые листья, лишенные хлорофилла (явление этиоляции). Выросшие же на свету растения имеют меньшие размеры, но с хорошо дифференциро­ванными сильно развитыми механическими тканями, с меньшим количеством межклетников. Клетки таких растений быстрее заканчивают фазу растяжения.

Вместе с тем корневая система растений, вырос­ших на свету, отличается большими размерами. Нужен свет и для нормального развития листа. В кроне взрос­лого дерева самые крупные пластинки имеют листья, испытывающие некоторое затенение. При более силь­ном освещении листья становятся обычно несколько мельче, но толще, с более развитой столбчатой парен­химой (световой тип строения листа).

Проростки и всходы древесных растений для сво­его нормального роста и развития требуют меньшей силы света, чем взрослые деревья.

Для молодых растений сосны оптимальная осве­щенность составляет 25 - 30 % общей радиации на от­крытом месте. Это подтвердил и специально постав­ленный опыт: месячные проростки сосны имели максимальную сухую массу не при полном доступе света, а в варианте с освещенностью, равной примерно 30% от полной.

Использование монохроматоров и специальных фильтров позволило изучить влияние качественного состава света на рост растений. Опыты показали, что растения, выросшие на синем свете, приземисты, а на красном - вытянуты. Листья первых имеют нормаль­ные размеры, а вторых - недоразвиты и неправиль­ной формы. Богатство света коротковолновыми сини­ми и ультрафиолетовыми лучами придает низкорос­лость растениям, произрастающим в горах. Красные лучи спектра стимулируют фазу растяжения клеток, а сине-фиолетовые - фазу дифференциации.

Условия водоснабжения. Рост клеток в сильной степени зависит от насыщения их водой, ибо только в этом случае происходит образование консти­туционных веществ цитоплазмы и увеличение размеров клетки за счет притока в нее воды. Прекрасным при­мером этого служат семена: в сухом состоянии они могут сохраняться без изменения длительное время, при намачивании же быстро увеличиваются в разме­рах и прорастают. Корни способны расти только при достаточной влажности почвы, в сухой почве их рост невозможен. Рост надземных частей менее зависит от влажности воздуха, так как точки роста обычно защи­щены от непосредственного соприкосновения с сухой атмосферой.

Очень быстро растут побеги древесных растений весной, когда корневая система нагнетает значительное количество воды, а транспирация еще сравнительно невелика. При недостатке воды в почве растения выра­стают низкорослыми, но с хорошо дифференцированны­ми тканями. Очевидно, что фаза растяжения в этом слу­чае заканчивается раньше обычного, а стадия дифферен­циации наступает при неполных размерах клеток.

Необходимым условием получения высокой биоло­гической продуктивности растений является поддержа­ние на достаточно высоком уровне влажности почвы и воздуха в течение всего вегетационного периода. Вот по­чему при прочих равных условиях наибольшая быстро­та роста растений наблюдается во влажных тропиках. Для роста проростков и всходов древесных растений влажность почвы верхнего 5-сантиметрового слоя по­чвы является решающей.

Если в таежной зоне основными факторами, огра­ничивающими рост древесных растений, являются не­достаток тепла и нередко избыток воды в почве, то в лесостепной зоне - недостаток доступной воды в кор­необитаемом слое почвы. В южных районах увлажне­ние почвы, в первую очередь, сказывается на росте леса, в условиях легких по механическому составу почва с провальным водным режимом. Влагоемкость такой по­чвы очень низкая, поэтому доступная вода быстро рас­ходуется лесным насаждением, и дальнейший рост древесных растений приостанавливается. Сравнитель­но неглубокое залегание уровня грунтовых вод на лег­ких песчаных и супесчаных почвах способствует луч­шему водоснабжению и росту древесных растений.

Условия минерального питания оказывают сильное влияние на рост растений, особенно снабже­ния их азотом, а также фосфором, калием и другими макро- и микроэлементами. В обобщенном виде при­нято считать, что на рост растений влияет плодородие почвы. В это понятие вкладывается не только опреде­ленный запас минеральной пищи, органического ве­щества или гумуса, но и характер материнской поро­ды, механические свойства, водный и тепловой режим почвы и т.д. Лесоводы это суммарное качество почвен­ной среды, определяемое на практике по высоте дре­востоя в определенном возрасте, назвали бонитетом. Наивысшей продуктивностью наделены леса 1, 1a и 1б бонитетов, а самой низкой - V, Va и Vб бонитетов.

Аэрация. Высшие растения нормально функци­онируют лишь в среде с достаточным количеством кис­лорода, используемого в процессе дыхания. Надземные органы растений, по существу, никогда не испытывают недостатка кислорода для своей жизнедеятельности.

В почве содержание кислорода значительно ниже, чем в атмосфере, поэтому подземные части растений, в отличие от надземных частей, менее чувствительны к парциальному давлению кислорода. В среднем оп­тимальной для роста корней концентрацией кислоро­да является 8 - 10 %. Снижение содержания кислоро­да до 2 - 3 % приводит к ингибированию роста корней.

В условиях заболоченных лесных почв произрас­тают леса самой низкой продуктивности. Запас древе­сины в таких лесах обычно в 2 - 4 раза ниже возмож­ного.